JP2017175731A

JP2017175731A - 車載電源装置

Info

Publication number: JP2017175731A
Application number: JP2016057345A
Authority: JP
Inventors: 典男西脇; Norio Nishiwaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-22
Also published as: JP6627598B2

Abstract

【課題】情報処理回路に係る電源系に異常が発生しても、電池モジュールの電源電圧の異常状態を上位ＥＣＵに通知できる可能性を高める。【解決手段】車載電源装置１は、第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２と、これらの電源電圧を監視する第１電圧監視回路２０１及び第２電圧監視回路２０２と、これらから電圧監視結果を取得する第１情報処理回路及び第２情報処理回路と、第１情報処理回路及び第２電圧監視回路間を接続する第１フォットカプラ７１と、第２情報処理回路及び第１電圧監視回路間を接続する第２フォットカプラ７２とを含む。第１電圧監視回路は、第１電池モジュールの電源電圧異常時に、第１情報処理回路に異常信号を送信すると共に、第２フォットカプラを介して第２情報処理回路に異常信号を送信する。第２電圧監視回路は、第２電池モジュールの電源電圧異常時、同様に第２情報処理回路と第１情報処理回路に異常信号を送信する。【選択図】図１

Description

本開示は、車載電源装置に関する。

電圧監視回路が電池モジュールの電源電圧を監視し、電源電圧に異常が発生すると信号線を介して異常信号をマイコン（情報処理回路）に送信する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2012-034535号公報

上記のような従来技術では、情報処理回路に係る電源系に異常が発生すると、情報処理回路が異常信号を処理できず、車載電源装置を管理する上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）に、電池モジュールの電源電圧の異常状態を通知できない虞がある。

そこで、一局面によれば、本発明は、情報処理回路に係る電源系に異常が発生しても、電池モジュールの電源電圧の異常状態を上位ＥＣＵに通知できる可能性を高めることを目的とする。

本開示の一局面によれば、第１電池及び第２電池をそれぞれ含む第１電池モジュール及び第２電池モジュールと、
前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのそれぞれに対応して設けられ、前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのそれぞれの電源電圧を監視する第１電圧監視回路及び第２電圧監視回路と、
前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのそれぞれに対応して設けられ、前記第１電圧監視回路及び前記第２電圧監視回路のそれぞれからの電圧監視結果を処理する第１情報処理回路及び第２情報処理回路と、
前記第１情報処理回路及び前記第２電圧監視回路間を接続する第１フォットカプラと、
前記第２情報処理回路及び前記第１電圧監視回路間を接続する第２フォットカプラとを含み、
前記第１電圧監視回路は、前記第１電池モジュールの電源電圧に異常が発生すると、前記第１情報処理回路に異常信号を送信すると共に、前記第２フォットカプラを介して前記第２情報処理回路に異常信号を送信し、
前記第２電圧監視回路は、前記第２電池モジュールの電源電圧に異常が発生すると、前記第２情報処理回路に異常信号を送信すると共に、前記第１フォットカプラを介して前記第１情報処理回路に異常信号を送信する、車載電源装置が提供される。

情報処理回路に係る電源系に異常が発生しても、電池モジュールの電源電圧の異常状態を上位ＥＣＵに通知できる可能性を高めることができる。

一実施例による車載電源装置１の構成を概略的に示す図である。上位ＥＣＵ８０により実現される処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、一実施例による車載電源装置１の構成を概略的に示す図である。

車載電源装置１は、第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２と、電池監視ＥＣＵ２０と、上位ＥＣＵ８０とを含む。第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２は、ハイブリッド車又は電気自動車を駆動する走行用電気モータ（図示せず）の主電源を形成する。上位ＥＣＵ８０は、走行用電気モータに係る電気回路（第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２、インバータ等）を制御する。

第１電池モジュール１１は、第１電池１１１を含む。第１電池１１１は、複数のリチウムイオン電池セル（図示の例では、ｎ個）の集合体を含む。

第２電池モジュール１２は、第２電池１２１を含む。第２電池１２１は、複数のリチウムイオン電池セル（図示の例では、ｎ個）の集合体を含む。

電池監視ＥＣＵ２０は、２系統の電源系（第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２）に対応して、２系統の監視系を形成する。即ち、電池監視ＥＣＵ２０は、第１、第２フォットカップラ７１，７２を介して分離された２系統を有する。図１には、２系統の分離（アイソレーション部）が点線Ｙ１で模式的に示される。即ち、電池監視ＥＣＵ２０は、主電源が２系統（第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２）であることに対応して、２系統で構成要素を備える。電池監視ＥＣＵ２０内における系統間は、電気的に絶縁されるが（アイソレーション部Ｙ１参照）、第１、第２フォットカップラ７１，７２を介した信号の伝達が可能である。電池監視ＥＣＵ２０は、それぞれの系統ごとに、上位ＥＣＵ８０と通信できる。この系統ごとの通信は、図１において、CAN（controller area network）通信R１、R２で模式的に示されている。

電池監視ＥＣＵ２０は、第１系統として、第１電圧監視回路２０１、第１ブロック電圧監視回路２１１、第１メインＣＰＵ（情報処理回路の一例）２２１と、サブＣＰＵ２３１とを含む。

第１電圧監視回路２０１は、第１電池モジュール１１の各セルの電圧を監視する。第１電圧監視回路２０１は、第１電池モジュール１１からの電源電圧に基づき動作する。第１電圧監視回路２０１は、第１電池モジュール１１の電源電圧に異常があるか否かを監視する。第１電圧監視回路２０１は、監視結果を第１メインＣＰＵ２２１に与える。この際、第１電圧監視回路２０１は、第１電池モジュール１１の電源電圧の異常を検出した場合に、第１異常信号（アラーム）を生成し、第１メインＣＰＵ２２１に与える。また、第１電圧監視回路２０１は、監視の冗長系として、第１電池モジュール１１の電源電圧の異常を検出した場合に、第１異常信号を、第２フォットカップラ７２に接続される信号線６１に出力する。第１異常信号は、例えば、コンパレータ（Ｚ１参照）を用いて過電圧又は過放電状態を検出することで生成できる。図示の例では、コンパレータには、例えば各セルの電圧の合計値が入力され、過電圧(OV: Over-Voltage)及び低電圧（UV :Under-Voltage）を検出する。第１異常信号は、信号線６１に出力されると、第２フォットカップラ７２を介して第２メインＣＰＵ２２２に伝達される。

第１ブロック電圧監視回路２１１は、第１電池モジュール１１の複数セルの合計電圧を監視する。第１ブロック電圧監視回路２１１は、監視結果を第１メインＣＰＵ２２１に与える。従って、第１ブロック電圧監視回路２１１は、第１電圧監視回路２０１に対する冗長系を構成する。

第１メインＣＰＵ２２１は、第１電圧監視回路２０１及び第１ブロック電圧監視回路２１１からの情報を処理する。第１メインＣＰＵ２２１は、所定周期毎に、第１電圧監視回路２０１からの監視結果に基づいて、第１セル電圧情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。第１メインＣＰＵ２２１は、所定周期毎に、第１ブロック電圧監視回路２１１からの監視結果に基づいて、第１ブロック電圧情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。また、第１メインＣＰＵ２２１は、第１電圧監視回路２０１からの第１異常信号等に基づいて、第１電池モジュール１１の電源電圧に異常があると判定した場合は、第１異常情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。また、第１メインＣＰＵ２２１は、第２電圧監視回路２０２から第１フォットカップラ７１を介して第２異常信号（後述）を受信した場合、第２異常情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。また、第１メインＣＰＵ２２１は、第１電圧監視回路２０１及び第１ブロック電圧監視回路２１１からの情報に基づいて、第１電池モジュール１１の第１電池１１１全体の電池容量（残存容量）を算出し、残存容量情報を上位ＥＣＵ８０に与える。

第１サブＣＰＵ２３１は、第１メインＣＰＵ２２１の誤動作を監視する。例えば、第１サブＣＰＵ２３１は、第１メインＣＰＵ２２１から一定周期で繰り返し出力されるパルス（ランパルス）を監視することにより、第１メインＣＰＵ２２１が正常に動作しているかを判定する。

第１メインＣＰＵ２２１及び第１サブＣＰＵ２３１は、鉛バッテリ（図示せず）からの電源電圧に基づいて第１系統で生成される５Ｖ電源に基づき動作する。

電池監視ＥＣＵ２０は、第２系統として、第２電圧監視回路２０２と、第２ブロック電圧監視回路２１２と、第２ＣＰＵ（情報処理回路の一例）２２２と、第２サブＣＰＵ２３２とを含む。第２メインＣＰＵ２２２及び第２サブＣＰＵ２３２は、第２系統で生成される５Ｖ電源に基づき動作する。

第２電圧監視回路２０２、第２ブロック電圧監視回路２１２、第２ＣＰＵ２２２、及びサブＣＰＵ２３２のそれぞれは、上述の第１系統と同様であるので、説明を簡略化する。

第２電圧監視回路２０２は、監視の冗長系として、第２電池モジュール１２の電源電圧の異常を検出した場合に、第２異常信号（アラーム）を生成する。第２電圧監視回路２０２は、第２異常信号を、第２ＣＰＵ２２２に送信すると共に、第１フォットカップラ７１に接続される信号線６２に出力する。第２異常信号は、信号線６２に出力されると、第１フォットカップラ７１を介して第１メインＣＰＵ２２１に伝達される。

第２メインＣＰＵ２２２は、第２電圧監視回路２０２及び第２ブロック電圧監視回路２１２からの情報を処理する。第２メインＣＰＵ２２２は、所定周期毎に、第２電圧監視回路２０２からの監視結果に基づいて、第２セル電圧情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。第２メインＣＰＵ２２２は、所定周期毎に、第２ブロック電圧監視回路２１２からの監視結果に基づいて、第２ブロック電圧情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。また、第２メインＣＰＵ２２２は、第２電圧監視回路２０２からの第２異常信号等に基づいて、第２電池モジュール１２の電源電圧に異常があると判定した場合は、第２異常情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。また、第２メインＣＰＵ２２２は、第１電圧監視回路２０１から第２フォットカップラ７２を介して第１異常信号（上述）を受信した場合、第１異常情報を生成し、上位ＥＣＵ８０に与える。

第２メインＣＰＵ２２２及び第２サブＣＰＵ２３２は、鉛バッテリからの電源電圧に基づいて第２系統で生成される５Ｖ電源に基づき動作する。尚、第２系統の５Ｖ電源は、第１系統の５Ｖ電源と同じ鉛バッテリからの電源電圧に基づいて生成されるが、電源生成回路（図示せず）は独立して設けられる。

第１フォットカップラ７１は、第１系統で生成される５Ｖ電源が供給される。従って、第１フォットカップラ７１は、第２系統で生成される５Ｖ電源（第２メインＣＰＵ２２２及び第２サブＣＰＵ２３２に係るマイコン電源系）に異常が発生しても機能できる（即ち第１メインＣＰＵ２２１に第２異常信号を伝達できる）。

第２フォットカップラ７２は、第２系統で生成される５Ｖ電源が供給される。従って、第２フォットカップラ７２は、第１系統で生成される５Ｖ電源（第１メインＣＰＵ２２１及び第１サブＣＰＵ２３１に係るマイコン電源系）に異常が発生しても機能できる（即ち第２メインＣＰＵ２２２に第１異常信号を伝達できる）。

図２は、上位ＥＣＵ８０により実現される処理の一例を示すフローチャートである。図２に示す処理は、監視系統ごとに並列的に実行される。以下では、代表として、第１系統を監視系統として説明する。

ステップＳ２００では、上位ＥＣＵ８０は、ＣＡＮを介して各種情報（第１セル電圧情報、第１ブロック電圧情報等）を受信する。

ステップＳ２０１では、上位ＥＣＵ８０は、ステップＳ２００で第１セル電圧情報を取得できたか否かを判定する。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ２０２に進み、判定結果が"ＮＯ"の場合は、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０２では、上位ＥＣＵ８０は、ステップＳ２００で第１ブロック電圧情報を取得できたか否かを判定する。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ２０４に進み、判定結果が"ＮＯ"の場合は、ステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０４では、上位ＥＣＵ８０は、通常の制御処理を実行する。即ち、上位ＥＣＵ８０は、フェールセーフ等の異常時の処理を実行せずに、ステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２０６では、上位ＥＣＵ８０は、ステップＳ２００で第１ブロック電圧情報を取得できたか否かを判定する。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ２０８に進み、判定結果が"ＮＯ"の場合は、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２０８では、上位ＥＣＵ８０は、監視系統（本例では、第１系統）内での冗長系が欠損していると判断し、それに応じたフェールセーフを実行する。例えば、たフェールセーフは、ステップＳ２１０で行われる異常対応処理よりも上限電力が緩和された処理である。

ステップＳ２１０では、上位ＥＣＵ８０は、異常対応処理を実行する。例えば、異常発生時の主電源の残容量情報から、主電源からの利用可能な上限電力（走行可能な上限距離）を算出し、算出した上限電力に基づいて、走行用電気モータに係る電気回路を制御する。

ステップＳ２１２では、上位ＥＣＵ８０は、別系統経由のアラーム出力が発生したか否か（即ち第２メインＣＰＵ２２２からの第１異常情報を受信したか否か）を判定する。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ２１４に進む。他方、判定結果が"ＮＯ"の場合は、ステップＳ２２０に進む。これは、第１異常情報を受信できない状況下で、第１メインＣＰＵ２２１から第１セル電圧情報及び第１ブロック電圧情報を受信できない場合は、第１電池モジュール１１に異常はなく、メインＣＰＵ，サブＣＰＵ又はＣＡＮ通信に異常がある可能性が高いためである。

ステップＳ２１４では、上位ＥＣＵ８０は、図２に示す処理ループから抜け、緊急主電源遮断処理を行う。具体的には、上位ＥＣＵ８０は、走行用電気モータに係る電気回路に設けられるメインリレー（図示せず）であって、第１電池モジュール１１に係るメインリレーをオフし、第１電池モジュール１１からの電源供給を停止させる。

ステップＳ２１６では、上位ＥＣＵ８０は、退避走行処理を行う。具体的には、上位ＥＣＵ８０は、運転者へ路肩等への退避を促しつつ、第２系統の電源、即ち第２電池モジュール１２からの電力のみを用いて走行用電気モータを駆動する。

ステップＳ２２０では、上位ＥＣＵ８０は、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定する。イグニッションスイッチがオフされたか否かは、例えば、上位ＥＣＵ８０に供給されるイグニッション電源の電圧を監視することで判定できる。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ２２２に進み、判定結果が"ＮＯ"の場合は、ステップＳ２００に戻り、ステップＳ２００からの処理を繰り返す。

ステップＳ２２２では、上位ＥＣＵ８０は、終了処理を実行する。具体的には、上位ＥＣＵ８０は、走行用電気モータに係る電気回路に設けられるメインリレー（図示せず）であって、第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２に係るそれぞれのメインリレーをオフし、第１電池モジュール１１及び第２電池モジュール１２からの電源供給を停止させる。

ところで、第１メインＣＰＵ２２１への電源電源（第１系統の５Ｖ電源）に異常が発生すると、第１メインＣＰＵ２２１が第１電圧監視回路２０１等からの監視結果を処理できず、第１メインＣＰＵ２２１が上位ＥＣＵ８０に、第１電池モジュール１１の電源電圧の異常状態を通知できなくなる。同様に、第２メインＣＰＵ２２２への電源電源（第２系統の５Ｖ電源）に異常が発生すると、第２メインＣＰＵ２２２が第２電圧監視回路２０２等からの監視結果を処理できず、第２メインＣＰＵ２２２が上位ＥＣＵ８０に、第２電池モジュール１２の電源電圧の異常状態を通知できなくなる。

これに対して、本実施例によれば、第１系統の５Ｖ電源に異常が発生すると、上述のように、第２メインＣＰＵ２２２が上位ＥＣＵ８０に、第１電池モジュール１１の電源電圧の異常状態を通知できる。即ち、第１系統の５Ｖ電源に異常が発生しても、第２フォットカップラ７２は正常に機能できるので、第１電池モジュール１１の電源電圧の異常状態を表す第１異常信号を第２メインＣＰＵ２２２が受信できる。これにより、第２メインＣＰＵ２２２が上位ＥＣＵ８０に、第１電池モジュール１１の電源電圧の異常状態を通知できる。同様に、第２系統の５Ｖ電源に異常が発生しても、上述のように、第１メインＣＰＵ２２１が上位ＥＣＵ８０に、第２電池モジュール１２の電源電圧の異常状態を通知できる。即ち、第２系統の５Ｖ電源に異常が発生しても、第１フォットカップラ７１は正常に機能できるので、第２電池モジュール１２の電源電圧の異常状態を表す第２異常信号を第１メインＣＰＵ２２１が受信できる。これにより、第１メインＣＰＵ２２１が上位ＥＣＵ８０に、第２電池モジュール１２の電源電圧の異常状態を通知できる。

また、本実施例によれば、第１系統と第２系統との間の通信が第１、第２フォットカップラ７１，７２を介してのみ実現されるので、第１系統と第２系統との間の独立性を高めることができる。これにより、例えば一方の系統のショート故障が他方の系統の故障を引き起こす可能性を低減できる。

また、本実施例によれば、２系統のうちの一方でメインＣＰＵ，サブＣＰＵ又はＣＡＮ通信に異常が生じた際に、他方の系統を介して主電源の過電圧・過放電を監視可能とできる。これにより、２系統のうちの一方でメインＣＰＵ，サブＣＰＵ又はＣＡＮ通信に異常が生じた場合でも、２系統の主電源の出力を継続できる（図２のステップＳ２１２の"ＮＯ"参照）。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

１車載電源装置
１１第１電池モジュール
１２第２電池モジュール
６１信号線
６２信号線
７１第１フォットカップラ
７２第２フォットカップラ
１１１第１電池
１２１第２電池
２０１第１電圧監視回路
２０２第２電圧監視回路
２１１第１ブロック電圧監視回路
２１２第２ブロック電圧監視回路
２２１第１メインＣＰＵ
２２２第２メインＣＰＵ

Claims

第１電池及び第２電池をそれぞれ含む第１電池モジュール及び第２電池モジュールと、
前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのそれぞれに対応して設けられ、前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのそれぞれの電源電圧を監視する第１電圧監視回路及び第２電圧監視回路と、
前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのそれぞれに対応して設けられ、前記第１電圧監視回路及び前記第２電圧監視回路のそれぞれからの電圧監視結果を処理する第１情報処理回路及び第２情報処理回路と、
前記第１情報処理回路及び前記第２電圧監視回路間を接続する第１フォットカプラと、
前記第２情報処理回路及び前記第１電圧監視回路間を接続する第２フォットカプラとを含み、
前記第１電圧監視回路は、前記第１電池モジュールの電源電圧に異常が発生すると、前記第１情報処理回路に異常信号を送信すると共に、前記第２フォットカプラを介して前記第２情報処理回路に異常信号を送信し、
前記第２電圧監視回路は、前記第２電池モジュールの電源電圧に異常が発生すると、前記第２情報処理回路に異常信号を送信すると共に、前記第１フォットカプラを介して前記第１情報処理回路に異常信号を送信する、車載電源装置。